WO2017068881A1 - 弁制御装置 - Google Patents

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    • F01P2060/08—Cabin heater

Definitions

  • the present disclosure relates to a valve control device used for a cooling water circuit in which cooling water of an internal combustion engine circulates, and in particular, a valve control device that can be suitably used for a cooling water circuit in which cooling water circulates to other devices other than the internal combustion engine.
  • a valve control device used for a cooling water circuit in which cooling water of an internal combustion engine circulates
  • a valve control device that can be suitably used for a cooling water circuit in which cooling water circulates to other devices other than the internal combustion engine.
  • a valve control device provided with a valve unit and a control unit provided in a cooling water circuit of an internal combustion engine is well known.
  • the valve unit is incorporated in the cooling water circuit to increase or decrease the circulating flow rate of the cooling water to the internal combustion engine, and the control unit controls the operation of the valve unit.
  • the valve unit includes an electric motor to which a voltage is applied by the control unit, and a valve body that is rotationally driven by the output of the electric motor and increases or decreases the circulating flow rate of the cooling water to the internal combustion engine.
  • the cooling water circulates in other devices (for example, the heater core of the vehicle air conditioner and the oil cooler of the lubricating oil of the internal combustion engine) other than the internal combustion engine, and the circulation of the cooling water to these other devices. Is started or stopped by a valve device different from the valve control device.
  • Patent Document 1 describes a configuration in which a valve unit of a valve control device has a function of starting and stopping circulation of cooling water to other devices.
  • the valve body housing is provided with a port for each internal combustion engine and each other device, and according to the rotation angle of the valve body, the operation of increasing or decreasing the circulating flow rate of the cooling water to the internal combustion engine, and the respective Start and stop circulation of cooling water to other equipment.
  • an overcurrent detection unit that detects an overcurrent to an electric motor and a torque detection unit that detects torque transmitted to a valve body are known (for example, Patent Document 2). 3).
  • Patent Document 2 when an overcurrent is detected by an overcurrent detection unit, it is determined that a foreign object has been caught.
  • Patent Document 3 when excessive torque is detected by the torque detection unit, it is determined that a foreign object has been caught.
  • An object of the present disclosure is to provide a valve control device that includes a valve unit that circulates cooling water in devices other than the internal combustion engine, and that can detect a foreign object biting in the valve unit while suppressing an increase in physique. There is to do.
  • the valve control device is used in a cooling water circuit in which the cooling water of the internal combustion engine circulates to devices other than the internal combustion engine and the radiator.
  • the valve control device includes a valve unit and a control unit.
  • the valve unit is incorporated in the cooling water circuit to increase / decrease the circulating flow rate of the cooling water to the internal combustion engine and to start or stop the circulation of the cooling water to other devices.
  • the control unit controls the operation of the valve unit.
  • the valve unit has an electric motor, a driven part, and a detection part.
  • the electric motor increases or decreases the output by controlling the voltage application by the control unit.
  • the driven part has a rotating body that is driven to rotate by the output of the electric motor, and the rotation of the rotating body increases or decreases the circulating flow rate of cooling water to the internal combustion engine and starts circulating cooling water to other devices. To stop or stop.
  • the detection unit detects the rotation angle of the rotating body.
  • the control unit includes a rotation angle command unit, a duty ratio calculation unit, and a determination unit.
  • the rotation angle command unit calculates a rotation angle command value according to the operating state of the internal combustion engine.
  • the duty ratio calculation unit calculates a duty ratio indicating an on / off period ratio of voltage application to the electric motor based on the difference between the rotation angle detection value obtained from the detection unit and the rotation angle command value. Is controlled to be equal to or lower than a predetermined upper limit value.
  • the determination unit determines whether or not the duty ratio has maintained the upper limit value for a predetermined period.
  • valve control device provided with a valve unit which circulates cooling water also in equipment other than an internal-combustion engine and a radiator, it can detect entrapment of a foreign substance in a valve unit, suppressing an increase in physique.
  • the valve control device 1 is used in a cooling water circuit 5 in which the cooling water of the internal combustion engine 2 circulates to other devices other than the internal combustion engine 2 and the radiator 3.
  • a heater core (H / C) 6 and an oil cooler (O / C) 7 are incorporated as other devices, and a pump 8 is incorporated as a power source for circulating the coolant.
  • the pump 8 is an electric pump, for example, and supplies cooling water to the cylinder block 2 a and the cylinder head 2 b of the internal combustion engine 2 via the radiator 3, and also to the heater core 6 and the oil cooler 7. Cooling water is circulated.
  • the radiator 3 is a heat exchanger for cooling the cooling water.
  • the heater core 6 is a heat exchanger for performing vehicle interior heating using cooling water as a heat source.
  • the oil cooler 7 is a heat exchanger that exchanges heat with the lubricating oil of the internal combustion engine 2 using cooling water as a medium.
  • the cooling water is pumped from the pump 8, passes through the internal combustion engine 2, flows into the valve control device 1, and passes from the valve control device 1 through one or more of the heater core 6, the oil cooler 7, and the radiator 3. It circulates in the cooling water circuit 5 so as to return to the pump 8.
  • the valve control device 1 includes a valve unit 10 and a control unit 11 described below.
  • the valve unit 10 is incorporated in the cooling water circuit 5 to increase or decrease the circulating flow rate of the cooling water to the internal combustion engine 2 and the radiator 3 and to start or stop the cooling water circulation to the heater core 6 and the oil cooler 7. .
  • the control unit 11 controls the operation of the valve unit 10.
  • the valve unit 10 and the internal combustion engine 2, the heater core 6, the oil cooler 7, and the radiator 3 are connected via flow paths 12 to 15, respectively.
  • the flow path 12 guides cooling water from the internal combustion engine 2 to the valve unit 10.
  • the flow path 13 guides cooling water from the valve unit 10 to the heater core 6.
  • the flow path 14 guides cooling water from the valve unit 10 to the oil cooler 7.
  • the flow path 15 guides cooling water from the valve unit 10 to the radiator 3.
  • valve unit 10 will be described with reference to FIG. In the description of FIG. 2, the upper side and the lower side in the drawing may be referred to as “upper” and “lower”.
  • the valve unit 10 includes an electric motor 20 described below, a rotary valve (R / V) 21 that is a driven part, and a detection part 22.
  • the electric motor 20 is controlled in voltage application by the control unit 11 and increases or decreases its output.
  • the electric motor 20 is, for example, a DC motor, and a duty ratio DR indicating an on / off period ratio of voltage application to the armature coil is controlled.
  • the electric motor 20 can be rotated forward and backward by operating switching of an H bridge circuit 23 that is a drive circuit for driving the electric motor 20 (see FIG. 5).
  • the electric motor 20 may drive the rotary valve 21 directly or may drive the rotary valve 21 by increasing the torque by a reduction gear.
  • the rotary valve 21 includes a valve body 24 that is a rotating body that is rotationally driven by the output of the electric motor 20.
  • the rotary valve 21 increases or decreases the circulating flow rate of the cooling water to the internal combustion engine 2 and the radiator 3 by the rotation of the valve body 24 and starts or stops circulating the cooling water to the heater core 6 and the oil cooler 7. .
  • the rotary valve 21 has a valve body 24 and a housing 25.
  • the valve body 24 is a cylindrical body whose upper end is closed, and includes a cylindrical portion 24a, a closed portion 24b, and a shaft portion 27 that is rotationally driven.
  • the shaft portion 27 is connected to and integrated with the closed portion 24b. .
  • the valve body 24 has an opening 24c at the lower end.
  • valve holes 33 to 35 penetrating in the radial direction exist in two upper and lower stages.
  • the valve holes 34 and 35 are provided on the lower side so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction, and the valve hole 33 is provided on the upper side.
  • the valve hole 33 is a slit-like through hole extending in the circumferential direction.
  • the housing 25 forms an outline of the rotary valve 21 and accommodates the valve body 24.
  • the housing 25 includes a cylindrical valve body accommodating portion 37 for accommodating the valve body 24, a passage 42 extending downward from the lower end of the valve body accommodating portion 37, and passages 43 to 45 extending in the radial direction of the valve body accommodating portion 37.
  • the passages 42 to 45 communicate with the passages 12 to 15, respectively.
  • the two passages 44 and 45 are provided on the lower side of the housing 25 and the passage 43 is provided on the upper side.
  • the passages 44 and 45 are provided so that the openings 44 a and 45 a on the inner peripheral side of the passages 44 and 45 overlap with the openings 34 a and 35 a on the outer peripheral side of the valve holes 34 and 35 by the rotation of the valve body 24. .
  • the passage 43 is provided so that the opening 43 a on the inner peripheral side of the passage 43 and the opening 33 a on the outer peripheral side of the valve hole 33 overlap with each other by the rotation of the valve body 24. Since the passage 42 and the internal space of the valve body 24 communicate with each other via the opening 24 c, cooling water is introduced into the valve body 24.
  • the detection unit 22 detects the rotation angle of the valve body 24.
  • the detection unit 22 is, for example, a non-contact type position sensor.
  • the control unit 11 is, for example, an electronic control unit (ECU) that controls the internal combustion engine 2.
  • the control unit 11 receives signals from various sensors that are mounted on the vehicle and detect parameters indicating the operation state and control state of the internal combustion engine 2.
  • the control unit 11 includes an input circuit that processes an input signal, a CPU that performs control processing and arithmetic processing related to control of the internal combustion engine 2 based on the input signal, and data and programs necessary for control of the internal combustion engine 2 And the like, and an output circuit for outputting a signal necessary for controlling the internal combustion engine 2 based on the processing result of the CPU.
  • the control unit 11 includes an H bridge circuit 23 that is a drive circuit for driving the electric motor 20 (see FIG. 5).
  • the various sensors that output signals to the control unit 11 include, for example, a rotational speed sensor 51 that detects the rotational speed of the internal combustion engine 2, an intake pressure sensor 52 that detects the pressure of intake air taken into the internal combustion engine 2, and An air-fuel ratio sensor 53 or the like that detects the air-fuel ratio of the air-fuel mixture (see FIG. 5).
  • the control unit 11 includes a rotation angle command unit 55 and a duty ratio calculation unit (DR / C) 56.
  • the rotation angle command unit 55 calculates a rotation angle command value according to the operating state of the internal combustion engine 2. That is, the rotation angle command value is calculated according to the input of signals from the sensors 51 to 53 (see FIG. 5).
  • the duty ratio calculation unit 56 calculates a duty ratio DR indicating the on / off period ratio of voltage application to the electric motor 20 based on the difference between the rotation angle detection value obtained from the detection unit 22 and the rotation angle command value. At the same time, the duty ratio DR is restricted to a predetermined upper limit UL or less.
  • the duty ratio calculation unit 56 calculates the duty ratio DR by PID control or the like that feeds back the detection value of the rotation angle so as to reduce the difference between the detection value of the rotation angle and the command value of the rotation angle. At the same time, the duty ratio DR is determined by comparison with a predetermined upper limit value UL (see FIG. 5). Note that PI control excluding differential operation from PID control may be used.
  • the determined value of the duty ratio DR is a value equal to or less than a predetermined upper limit value UL.
  • FIGS. 3A to 3D show the open / closed state of the upper channel in FIG. 2, and FIGS. 3E to 3H show the open / closed state of the lower channel in FIG. .
  • FIGS. 3E to 3H show the open / closed state of the lower channel in FIG. .
  • 4A to 4D show the open / closed state of the upper channel in FIG. 2
  • FIGS. 4E to 4H show the open / closed state of the lower channel in FIG. .
  • the opening 35a and the opening 45a are overlapped in the state where the opening 34a and the opening 44a are overlapped (see FIGS. 3C and 3G). .
  • the passage 42 and the passage 45 communicate with each other, whereby cooling water is supplied to the internal combustion engine 2 via the flow path 15 and the radiator 3. Since the communication state between the passage 42 and the passage 44 is maintained, the supply of cooling water to the oil cooler 7 is also maintained.
  • the circulating flow rate of the cooling water to the internal combustion engine 2 and the radiator 3 can be increased or decreased by increasing or decreasing the amount of overlap between the opening 35a and the opening 45a, for example.
  • Rotating the valve body 24 clockwise eliminates the overlap between the opening 34a and the opening 45a while maintaining the overlap between the opening 33a and the opening 43a, and the opening 35a and the opening 44a. As a result, cooling water is supplied to the heater core 6 and the oil cooler 7 (see FIGS. 4D and 4H).
  • valve unit 10 can increase or decrease the circulating flow rate of the cooling water to the internal combustion engine 2 and the radiator 3 and can start and stop the cooling water circulation to the heater core 6 and the oil cooler 7.
  • valve body 24 is rotated clockwise, it can be rotated counterclockwise by reversing the electric motor 20.
  • the control unit 11 includes a determination unit 60, a temporary reverse rotation unit 61, a re-determination unit 62, in addition to the rotation angle command unit 55 and the duty ratio calculation unit 56 described above.
  • the alarm instruction unit 64 is provided.
  • the determination unit 60 determines whether the duty ratio DR determined by the duty ratio calculation unit 56 has maintained the upper limit value UL for a predetermined period.
  • the temporary reversing unit 61 temporarily reversely rotates the electric motor 20 when the determining unit 60 determines that the determined duty ratio DR has maintained the upper limit value UL for a predetermined period.
  • the duty ratio is not calculated by the duty ratio calculation unit 56, and the temporary reverse rotation unit 61 controls the H bridge circuit 23 to be turned on / off at a preset reverse rotation duty ratio to reversely rotate the electric motor 20.
  • the duty ratio calculating unit 56 returns to the determination of the duty ratio DR.
  • the re-determination unit 62 determines whether or not the duty ratio DR has maintained the upper limit value UL even after the electric motor 20 is temporarily reversely rotated by the temporary reverse rotation unit 61. At this time, the re-determination unit 62 determines again whether or not the duty ratio DR determined by the duty ratio calculation unit 56 has maintained the upper limit value UL for a predetermined period.
  • the alarm instruction unit 64 outputs a signal for operating the notification unit 65 when the redetermination unit 62 determines that the duty ratio DR has maintained the upper limit value UL.
  • a vehicle on which the internal combustion engine 2 is mounted is equipped with a notification unit 65 that notifies an occupant of an abnormality of the internal combustion engine 2.
  • the notification unit 65 is, for example, a warning indicator lamp that notifies an abnormal state or a warning sound generator that notifies the abnormal state.
  • the duty ratio DR is calculated based on PID control or the like, and it is determined whether or not the calculated duty ratio DR is equal to or greater than the upper limit value UL. When it is determined that the calculated duty ratio DR is greater than or equal to the upper limit value UL (YES), the process proceeds to S110. If it is determined that the duty ratio DR does not exceed the upper limit value UL (NO), the process ends.
  • the duty ratio DR is set to the upper limit value UL, and the process proceeds to S120.
  • S100 and S110 correspond to the duty ratio calculation unit 56.
  • S120 it is determined whether or not the period TS that is the upper limit value UL has exceeded 200 ms.
  • the period TS as the predetermined period is a value set in advance, but is not particularly limited to this value (200 ms).
  • the process proceeds to S130.
  • the process ends.
  • S120 corresponds to the determination unit 60.
  • S130 the electric motor 20 is temporarily reversely rotated, the valve body 24 is reversely rotated, and the process proceeds to S140.
  • the duty ratio is not calculated by the duty ratio calculation unit 56, and the electric motor 20 is reversely rotated at a preset reverse rotation duty ratio.
  • S130 corresponds to the temporary reversing unit 61.
  • the duty ratio DR is calculated again based on the PID control, and it is determined whether or not the calculated duty ratio DR is equal to or higher than the upper limit value UL.
  • the process proceeds to S150. If it is determined that the duty ratio DR does not exceed the upper limit value UL (NO), the process ends.
  • the duty ratio DR is set to the upper limit UL, and the process proceeds to S160.
  • S140 and S150 correspond to the duty ratio calculation unit 56.
  • S160 it is determined whether or not the period TS that is the upper limit value UL has exceeded 100 ms.
  • the period TS as the predetermined period is a preset value, but is not particularly limited to this value (100 ms).
  • the process proceeds to S170.
  • S160 corresponds to the redetermination unit 62.
  • S170 a signal for operating the notification unit 65 is output and the process is terminated.
  • S170 corresponds to the alarm instruction unit 64.
  • the control unit 11 includes the rotation angle command unit 55, the duty ratio calculation unit 56, and the determination unit 60.
  • the rotation angle command unit 55 calculates a command value for the rotation angle according to the operating state of the internal combustion engine 2.
  • the duty ratio calculation unit 56 calculates a duty ratio DR indicating the on / off period ratio of voltage application to the electric motor 20 based on the difference between the rotation angle detection value obtained from the detection unit 22 and the rotation angle command value. At the same time, the duty ratio DR is restricted to a predetermined upper limit UL or less.
  • the determination unit 60 determines whether or not the duty ratio DR has maintained the upper limit value UL for a predetermined period.
  • valve control apparatus 1 including the valve unit 10 that circulates the cooling water in the heater core 6 and the oil cooler 7 other than the internal combustion engine 2 and the radiator 3, the foreign matter biting in the valve unit 10 is suppressed while suppressing an increase in the size. Can be detected.
  • the control unit 11 temporarily moves the electric motor 20 when the determination unit 60 determines that the duty ratio DR has maintained the upper limit value UL for a predetermined period. And a temporary reversing unit 61 for reverse rotation. As a result, the foreign matter caught in the valve body 24 can be easily removed by rotating the valve body 24 in the reverse direction.
  • the control unit 11 determines whether or not the duty ratio DR has maintained the upper limit value UL even after the electric reverse rotation unit 61 temporarily reversely rotates the electric motor 20.
  • a re-determination unit 62 for determining And the control part 11 has the alarm instruction
  • control unit 11 temporarily reverses the valve body 24 by the temporary reversing unit 61 to remove the foreign matter, and further performs the determination by the re-determination unit 62, and then outputs a signal for operating the notification unit 65. .
  • a signal for operating the notifying unit 65 is not output, and the operating frequency of the notifying unit 65 can be suppressed. The frequency troubled by the operation of the notification unit 65 can be reduced.
  • the rotary valve 21 as the driven part is driven by the electric motor 20, but the driven part is not limited to the rotary valve.
  • valve body 24 of the rotary valve 21 and a butterfly valve that opens and closes another passage are linked by a gear or the like, that is, a component having the valve body 24 and the butterfly valve as a rotating body is regarded as a driven part. It may be driven by the electric motor 20.

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Abstract

弁制御装置（１）は、冷却水回路（５）に組み入れられて冷却水の循環を制御する弁ユニット（１０）と、弁ユニットの動作を制御する制御部（１１）とを備える。制御部は、回転角指令部（５５）、デューティ比算出部（５６）および判定部（６０）を有する。回転角指令部は、内燃機関の運転状態に応じて回転角の指令値を算出する。デューティ比算出部は、検出部（２２）から得られる回転角の検出値と回転角の指令値との差に基づき、電動モータ（２０）への電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比を算出するとともに、デューティ比を所定の上限値以下に規制する。判定部は、デューティ比が、所定の期間、上限値を持続したか否かを判定する。

Description

弁制御装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１５年１０月１９日に出願された日本特許出願２０１５－２０５８７１号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、内燃機関の冷却水が循環する冷却水回路に用いる弁制御装置に関し、特に、冷却水が内燃機関以外の他機器にも循環する冷却水回路に好適に用いることができる弁制御装置に関する。
　内燃機関の冷却水回路に設けられた、弁ユニットおよび制御部を備える弁制御装置が周知となっている。弁ユニットは、冷却水回路に組み入れられて内燃機関への冷却水の循環流量を増減し、制御部は、弁ユニットの動作を制御する。弁ユニットは、制御部により電圧印加される電動モータと、電動モータの出力により回転駆動されて内燃機関への冷却水の循環流量を増減する弁体とを有する。冷却水回路では、内燃機関以外の他機器（例えば、車両用空調装置のヒータコアや、内燃機関の潤滑油のオイルクーラ）にも冷却水が循環しており、これら他機器への冷却水の循環は、弁制御装置とは別の弁装置により、開始または停止されている。
　近年、冷却水回路では、内燃機関循環用の弁制御装置と他機器循環用の弁装置との集約が進められている。特許文献１は、他機器への冷却水の循環開始および停止の機能を、弁制御装置の弁ユニットに持たせる構成が記載されている。具体的には、弁体のハウジングに、内燃機関およびそれぞれの他機器ごとにポートを設け、弁体の回転角に応じて、内燃機関への冷却水の循環流量の増減操作、ならびに、それぞれの他機器への冷却水の循環開始および停止を行う。
　しかし、このような構成によれば、弁ユニットにおける異物の噛み込みによって弁体の回転に不具合が生じると、内燃機関および他機器の両方で、冷却水の循環状態が所望の状態からずれてしまう。つまり、特許文献１の構成によれば、弁ユニットに異物の噛み込みが発生すると、内燃機関および他機器の両方に影響が及んでしまい、異物噛み込みの影響が大きい。このため、弁ユニットにおける異物の噛み込みを検出する構成が求められている。
　異物の噛み込みを検出する構成として、電動モータへの過電流を検出する過電流検出部や、弁体に伝達されるトルクを検出するトルク検出部が公知となっている（例えば、特許文献２、３参照）。特許文献２では、過電流検出部により過電流を検出したときに、異物の噛み込みが発生していると判定する。特許文献３では、トルク検出部により過大なトルクを検出したときに、異物の噛み込みが発生していると判定する。しかし、これらの構成によれば、過電流検出部やトルク検出部を追加する必要があり、弁制御装置の体格が大きくなってしまう。
特開２０１４－００１６４６号公報 特開２０１２－２２９７３５号公報 特開２０１４－１４２００５号公報
　本開示の目的は、内燃機関以外の他機器にも冷却水を循環させる弁ユニットを備え、体格の増加を抑制しつつ、弁ユニットにおける異物の噛み込みを検出することができる弁制御装置を提供することにある。
　本開示の一態様において、弁制御装置は、内燃機関の冷却水が内燃機関およびラジエータ以外の他機器にも循環する冷却水回路に用いられる。弁制御装置は、弁ユニットおよび制御部を備える。弁ユニットは、冷却水回路に組み入れられて内燃機関への冷却水の循環流量を増減するとともに、他機器への冷却水の循環を開始したり停止したりする。制御部は弁ユニットの動作を制御する。
　弁ユニットは、電動モータ、被駆動部および検出部を有する。電動モータは、制御部により電圧印加を制御されて出力を増減する。被駆動部は、電動モータの出力により回転駆動される回転体を具備し、回転体の回転により、内燃機関への冷却水の循環流量を増減するとともに、他機器への冷却水の循環を開始したり停止したりする。検出部は回転体の回転角を検出する。
　制御部は、回転角指令部、デューティ比算出部および判定部を有する。回転角指令部は、内燃機関の運転状態に応じて回転角の指令値を算出する。デューティ比算出部は、検出部から得られる回転角の検出値と回転角の指令値との差に基づき、電動モータへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比を算出するとともに、デューティ比を所定の上限値以下に規制する。判定部は、デューティ比が、所定の期間、上限値を持続したか否かを判定する。
　これにより、過電流検出部やトルク検出部を用いることなく、デューティ比を監視することで、弁ユニットにおける異物の噛み込みを検出することができる。このため、内燃機関およびラジエータ以外の他機器にも冷却水を循環させる弁ユニットを備える弁制御装置において、体格の増加を抑制しつつ、弁ユニットにおける異物の噛み込みを検出することができる。
実施例にかかる弁制御装置を組み込んだ車両用内燃機関の冷却制御装置の説明図である。 （ａ）実施例にかかる弁ユニットの縦断面図、（ｂ）実施例にかかる弁体の側面図である。 弁体を時計周りに回転させたときの流路の開閉動作の説明図である。 弁体を時計周りにさらに回転させたときの流路の開閉動作の説明図である。 実施例にかかる制御部の制御ブロック図である。 弁体の異物噛み込み発生時の制御方法を表すフロー図である。
　以下、実施例を説明する。実施例は具体的な一例を開示するものであり、本開示は実施例に限定されない。
　実施例の弁制御装置１を組み込んだ車両用内燃機関の冷却制御装置の全体構成を図１に基づいて説明する。
　弁制御装置１は、内燃機関２の冷却水が、内燃機関２およびラジエータ３以外の他機器にも循環する冷却水回路５に用いられている。冷却水回路５には、例えば、他機器としてヒータコア（Ｈ／Ｃ）６、および、オイルクーラ（Ｏ／Ｃ）７が組み込まれ、冷却水を循環させる動力源としてポンプ８が組み込まれている。
　ポンプ８は、例えば、電動ポンプであり、ラジエータ３を経由して内燃機関２のシリンダブロック２ａ、および、シリンダヘッド２ｂを冷却するために冷却水を供給するとともに、ヒータコア６、オイルクーラ７にも冷却水を循環させている。ラジエータ３は、冷却水を冷却するための熱交換器である。ヒータコア６は、冷却水を熱源として車室内暖房を行うための熱交換器である。オイルクーラ７は、冷却水を媒体として内燃機関２の潤滑油と熱交換を行う熱交換器である。冷却水は、ポンプ８から圧送され内燃機関２を通過した後、弁制御装置１へ流入し、弁制御装置１からヒータコア６、オイルクーラ７、ラジエータ３の内の１つまたは複数を経由してポンプ８に戻るように冷却水回路５内を循環している。
　弁制御装置１は、以下に説明する弁ユニット１０と制御部１１とを備える。弁ユニット１０は、冷却水回路５に組み入れられて内燃機関２およびラジエータ３への冷却水の循環流量を増減するとともにヒータコア６、オイルクーラ７への冷却水の循環を開始したり停止したりする。制御部１１は、弁ユニット１０の動作を制御する。
　弁ユニット１０と内燃機関２、ヒータコア６、オイルクーラ７、および、ラジエータ３とはそれぞれ、流路１２～１５を介して接続している。流路１２は、内燃機関２から冷却水を弁ユニット１０に導く。流路１３は弁ユニット１０から冷却水をヒータコア６に導く。流路１４は弁ユニット１０から冷却水をオイルクーラ７に導く。流路１５は弁ユニット１０から冷却水をラジエータ３に導く。
　弁ユニット１０について図２を用いて説明する。図２の説明においては、図示上側および下側を、「上」および「下」と呼ぶことがある。
　弁ユニット１０は、以下に説明する電動モータ２０、被駆動部であるロータリバルブ（Ｒ／Ｖ）２１、および、検出部２２を有する。電動モータ２０は、制御部１１より電圧印加を制御されて出力を増減する。電動モータ２０は、例えば、直流モータであり、電機子コイルへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比ＤＲが制御されている。電動モータ２０は、電動モータ２０を駆動する駆動回路であるＨブリッジ回路２３のスイッチングを操作することで正逆転可能となっている（図５参照）。電動モータ２０は、ロータリバルブ２１を直接駆動しても、減速装置によりトルクを増大させてロータリバルブ２１を駆動してもよい。
　ロータリバルブ２１は、電動モータ２０の出力により回転駆動される回転体である弁体２４を具備する。ロータリバルブ２１は、弁体２４の回転により、内燃機関２およびラジエータ３への冷却水の循環流量を増減するとともに、ヒータコア６、オイルクーラ７への冷却水の循環を開始したり停止したりする。
　ロータリバルブ２１は、弁体２４およびハウジング２５を有している。弁体２４は、上端が閉塞された円筒体であり、円筒部２４ａと閉塞部２４ｂと回転駆動される軸部２７とを有し、軸部２７は閉塞部２４ｂと接続され一体となっている。弁体２４は、下端に開口部２４ｃを有している。円筒部２４ａには、径方向に貫通する弁孔３３～３５が上下２段に分かれて存在する。弁孔３４、３５は、下側に周方向に離間して設けられており、弁孔３３は上側に設けられている。弁孔３３は周方向に延びるスリット状の貫通孔となっている。
　ハウジング２５は、ロータリバルブ２１の外郭を成すとともに弁体２４を収容する。ハウジング２５は、弁体２４を収容する円柱状穴の弁体収容部３７、弁体収容部３７の下端から下側に延びる通路４２、弁体収容部３７の径方向に延びる通路４３～４５を備える。通路４２～４５は、それぞれ流路１２～１５に連通しており、２つの通路４４、４５がハウジング２５の下側に、通路４３が上側に設けられている。
　通路４４、４５は、弁体２４の回転により通路４４、４５の内周側の開口４４ａ、４５ａと弁孔３４、３５の外周側の開口３４ａ、３５ａとがオーバーラップするように設けられている。同様に、通路４３は、弁体２４の回転により通路４３の内周側の開口４３ａと弁孔３３の外周側の開口３３ａとがオーバーラップするように設けられている。通路４２と弁体２４の内部空間とは開口部２４ｃを介して連通しているため、弁体２４内に冷却水が導入されている。検出部２２は弁体２４の回転角を検出する。検出部２２は、例えば、非接触式のポジションセンサである。
　制御部１１は、例えば、内燃機関２の制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。制御部１１は、車両に搭載されて内燃機関２の運転状態や制御状態を示すパラメータを検出する各種センサから信号が入力される。また、制御部１１は、入力された信号を処理する入力回路、入力された信号に基づき、内燃機関２の制御に関する制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、内燃機関２の制御に必要なデータやプログラム等を記憶して保持する各種のメモリ、ＣＰＵの処理結果に基づき、内燃機関２の制御に必要な信号を出力する出力回路等を備えて構成される。本実施例においては、制御部１１は、電動モータ２０を駆動する駆動回路であるＨブリッジ回路２３を備えている（図５参照）。
　制御部１１に信号を出力する各種センサとは、例えば、内燃機関２の回転数を検出する回転数センサ５１、内燃機関２に吸入される吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ５２、および、混合気の空燃比を検出する空燃比センサ５３等である（図５参照）。
　制御部１１は、回転角指令部５５、デューティ比算出部（ＤＲ／Ｃ）５６を備える。
　回転角指令部５５は、内燃機関２の運転状態に応じて回転角の指令値を算出する。すなわち、センサ５１～５３等の信号の入力に応じて、回転角の指令値を算出している（図５参照）。
　デューティ比算出部５６は、検出部２２から得られる回転角の検出値と回転角の指令値との差に基づき、電動モータ２０への電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比ＤＲを算出するとともに、デューティ比ＤＲを所定の上限値ＵＬ以下に規制する。
　より具体的には、デューティ比算出部５６は、回転角の検出値と回転角の指令値との差を少なくするように回転角の検出値をフィードバックするＰＩＤ制御等によりデューティ比ＤＲを算出するとともに、所定の上限値ＵＬと比較してデューティ比ＤＲを決定している（図５参照）。なお、ＰＩＤ制御から微分動作をのぞいたＰＩ制御としてもよい。
　決定されたデューティ比ＤＲに対応する信号が入力されることで、Ｈブリッジ回路２３の４つのスイッチング素子のオンオフを制御し、決定されたデューティ比ＤＲで電動モータ２０へ電圧を印加する（図５参照）。決定されたデューティ比ＤＲの値は、所定の上限値ＵＬ以下の値となっている。
　弁ユニット１０の基本動作について図３および図４を用いて説明する。図３の（ａ）～（ｄ）は、図２における上側の流路の開閉状態を示し、図３の（ｅ）～（ｈ）は、図２における下側の流路の開閉状態を示す。図４の（ａ）～（ｄ）は、図２における上側の流路の開閉状態を示し、図４の（ｅ）～（ｈ）は、図２における下側の流路の開閉状態を示す。
　開口３３ａ～３５ａと開口４３ａ～４５ａとのいずれもがオーバーラップを生じていない状態（図３（ａ）と（ｅ）参照）から弁体２４を時計周りに回転させることで、開口３４ａと開口４４ａにオーバーラップが生じる（図３（ｂ）と（ｆ）参照）。これにより、通路４２と通路４４とが連通し、流路１４を介して、オイルクーラ７に冷却水の供給が開始される。
　さらに、弁体２４を時計周りに回転させることで、開口３４ａと開口４４ａにオーバーラップが生じた状態で、開口３５ａと開口４５ａにオーバーラップが生じる（図３（ｃ）と（ｇ）参照）。これにより、通路４２と通路４５とが連通することで、流路１５を介して、ラジエータ３を経由して、内燃機関２に冷却水が供給される。なお、通路４２と通路４４との連通状態は維持されているので、オイルクーラ７への冷却水の供給も維持されている。内燃機関２およびラジエータ３への冷却水の循環流量は、例えば、開口３５ａと開口４５ａとのオーバーラップ量を増減させることで増減させることができる。
　さらに、弁体２４を時計周りに回転させることで、開口３５ａと開口４５ａにオーバーラップが生じた状態で、開口３４ａと開口４４ａのオーバーラップが解消される（図３（ｄ）と（ｈ）参照）。これにより、冷却水はラジエータ３のみへの供給となる。
　さらに、弁体２４を時計周りに回転させることで、開口３５ａと開口４５ａとのオーバーラップが解消されるとともに、開口３３ａと開口４３ａとのオーバーラップが生じる（図４（ａ）と（ｅ）参照）。これにより、通路４２と通路４３とが連通し、流路１３を介して、ヒータコア６に冷却水の供給が開始される。
　さらに、弁体２４を時計周りに回転させることで、開口３３ａと開口４３ａとがオーバーラップを維持した状態で、開口３４ａと開口４５ａとのオーバーラップが生じる（図４（ｂ）と（ｆ）参照）。これにより、ヒータコア６およびラジエータ３に冷却水が供給される。
　さらに、弁体２４を時計周りに回転させることで、開口３３ａと開口４３ａ、および、開口３４ａと開口４５ａとのオーバーラップが維持された状態で、開口３５ａと開口４４ａとのオーバーラップが生じる（図４（ｃ）と（ｇ）参照）。これにより、ヒータコア６、ラジエータ３およびオイルクーラ７に冷却水が供給される。
　弁体２４を時計周りに回転させることで、開口３３ａと開口４３ａ、および開口３５ａと開口４４ａとのオーバーラップを維持した状態で、開口３４ａと開口４５ａとのオーバーラップが解消される。これにより、ヒータコア６およびオイルクーラ７に冷却水が供給される（図４（ｄ）と（ｈ）参照）。
　以上により、弁ユニット１０は、内燃機関２およびラジエータ３への冷却水の循環流量を増減するとともにヒータコア６、オイルクーラ７への冷却水の循環を開始したり停止したりすることができる。弁体２４は時計周りに回転させているが、電動モータ２０を逆転させることで反時計周りに回転させることも可能である。
　図５に示されるように、弁制御装置１において、制御部１１は、先述の回転角指令部５５、デューティ比算出部５６に加え、判定部６０、一時逆転部６１、再判定部６２、および、アラーム指示部６４を備える。
　判定部６０は、デューティ比算出部５６により決定されたデューティ比ＤＲが、所定の期間、上限値ＵＬを持続したか否かを判定する。
　一時逆転部６１は、判定部６０によって、決定されたデューティ比ＤＲが、所定の期間、上限値ＵＬを持続したと判定したときに、電動モータ２０を一時的に逆回転させる。
　このとき、デューティ比算出部５６によってデューティ比を算出することはなく、一時逆転部６１は予め設定された逆回転デューティ比でＨブリッジ回路２３をオンオフ制御して電動モータ２０を逆回転させる。電動モータ２０を一時的に逆転させた後、デューティ比算出部５６によるデューティ比ＤＲの決定に戻る。
　再判定部６２は、一時逆転部６１によって電動モータ２０を一時的に逆回転させた後も、デューティ比ＤＲが上限値ＵＬを持続したか否かを判定する。このとき、再判定部６２は、再度、デューティ比算出部５６により決定されたデューティ比ＤＲが上限値ＵＬを所定期間持続したか否かを判定する。
　アラーム指示部６４は、再判定部６２により、デューティ比ＤＲが上限値ＵＬを持続したと判定したときに、報知部６５を動作させる信号を出力する。内燃機関２が搭載される車両には、内燃機関２の異常を乗員に報知する報知部６５が装備されている。報知部６５は、例えば、異常状態を知らせる警告表示灯であったり異常状態を知らせる警告音発生装置であったりする。
　実施例の弁体２４の異物噛み込み発生時の制御方法を図６のフロー図を用いて説明する。
　Ｓ１００において、ＰＩＤ制御等に基づきデューティ比ＤＲを算出するとともに、算出されたデューティ比ＤＲが上限値ＵＬ以上であるか否かを判定する。算出されたデューティ比ＤＲが上限値ＵＬ以上であると判定した場合（ＹＥＳ）、Ｓ１１０に移行する。また、デューティ比ＤＲが上限値ＵＬを超えていないと判定した場合（ＮＯ）、処理を終了する。
　次に、Ｓ１１０において、デューティ比ＤＲを上限値ＵＬとして、Ｓ１２０に移行する。Ｓ１００、Ｓ１１０がデューティ比算出部５６に相当する。
　Ｓ１２０において、上限値ＵＬである期間ＴＳが２００ｍｓを超えて持続しているか否かを判定する。なお、所定の期間としての期間ＴＳは、予め設定された値であるが、この値（２００ｍｓ）に特に拘束されるものではない。上限値ＵＬである期間ＴＳが２００ｍｓを超えて持続していると判定した場合（ＹＥＳ）、Ｓ１３０に移行する。上限値ＵＬである期間ＴＳが２００ｍｓを超えて持続していないと判定した場合（ＮＯ）、処理を終了する。Ｓ１２０が判定部６０に相当する。
　次に、Ｓ１３０において、電動モータ２０を一時的に逆回転させ、弁体２４を逆回転させてＳ１４０に移行する。このとき、デューティ比算出部５６によってデューティ比を算出することはなく、予め設定された逆回転デューティ比で電動モータ２０を逆回転させている。Ｓ１３０が一時逆転部６１に相当する。
　次に、Ｓ１４０において、再び、ＰＩＤ制御に基づきデューティ比ＤＲを算出するとともに、算出されたデューティ比ＤＲが上限値ＵＬ以上であるか否かを判定する。算出されたデューティ比ＤＲが上限値ＵＬ以上であると判定した場合（ＹＥＳ）、Ｓ１５０に移行する。また、デューティ比ＤＲが上限値ＵＬを超えていないと判定した場合（ＮＯ）、処理を終了する。そして、Ｓ１５０において、デューティ比ＤＲを上限値ＵＬとして、Ｓ１６０に移行する。Ｓ１４０、Ｓ１５０がデューティ比算出部５６に相当する。
　次に、Ｓ１６０において、上限値ＵＬである期間ＴＳが１００ｍｓを超えて持続しているか否かを判定する。なお、所定の期間としての期間ＴＳは、予め設定された値であるが、この値（１００ｍｓ）に特に拘束されるものではない。上限値ＵＬである期間ＴＳが１００ｍｓを超えて持続していると判定した場合（ＹＥＳ）、Ｓ１７０に移行する。上限値ＵＬである期間ＴＳが１００ｍｓを超えて持続していないと判定した場合（ＮＯ）、処理を終了する。Ｓ１６０が再判定部６２に相当する。そして、Ｓ１７０において、報知部６５を動作させる信号を出力し処理を終了する。Ｓ１７０がアラーム指示部６４に相当する。
　実施例の弁制御装置１によれば、制御部１１は、回転角指令部５５、デューティ比算出部５６および判定部６０を有する。回転角指令部５５は、内燃機関２の運転状態に応じて回転角の指令値を算出する。デューティ比算出部５６は、検出部２２から得られる回転角の検出値と回転角の指令値との差に基づき、電動モータ２０への電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比ＤＲを算出するとともに、デューティ比ＤＲを所定の上限値ＵＬ以下に規制する。判定部６０は、デューティ比ＤＲが、所定の期間、上限値ＵＬを持続したか否かを判定する。
　これにより、過電流検出部やトルク検出部を用いることなく、デューティ比ＤＲを監視することで、弁ユニット１０における異物の噛み込みを検出することができる。このため、内燃機関２およびラジエータ３以外のヒータコア６、オイルクーラ７にも冷却水を循環させる弁ユニット１０を備える弁制御装置１において、体格の増加を抑制しつつ、弁ユニット１０における異物の噛み込みを検出することができる。
　また、実施例の弁制御装置１によれば、制御部１１は、判定部６０によって、デューティ比ＤＲが、所定の期間、上限値ＵＬを持続したと判定したときに、電動モータ２０を一時的に逆回転させる一時逆転部６１を有する。これにより、一持的に弁体２４を逆方向に回転させることで、弁体２４に噛み込んだ異物を容易に除去することができる。
　また、実施例の弁制御装置１によれば、制御部１１は、一時逆転部６１によって電動モータ２０を一時的に逆回転させた後も、デューティ比ＤＲが上限値ＵＬを持続したか否かを判定する再判定部６２を有する。そして、制御部１１は、再判定部６２により、デューティ比ＤＲが上限値ＵＬを持続したと判定したときに、報知部６５を動作させる信号を出力するアラーム指示部６４を有する。
　これにより、制御部１１は、一時逆転部６１によって一時的に弁体２４を逆回転させ異物除去を行い、再判定部６２によってさらに判定を行った後に、報知部６５を動作させる信号を出力する。このため、一時逆転部６１によって弁体２４を逆回転させ異物除去が達成できたときは報知部６５を動作させる信号を出力せず、報知部６５の作動頻度を抑制することができ、乗員が報知部６５の作動に煩わされる頻度を低減することができる。
　［変形例］
　本開示は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形を加えて実施することができる。
　実施例においては、電動モータ２０によって、被駆動部としてのロータリバルブ２１を駆動していたが、被駆動部はロータリバルブに限定されない。
　例えば、ロータリバルブ２１の弁体２４と別の通路を開閉するバタフライ弁とをギヤ等によりリンクさせ、つまり、回転体としての弁体２４とバタフライ弁とを有する構成物を被駆動部とみなして電動モータ２０により駆動させてもよい。

 

Claims (3)

  1. 　内燃機関（２）の冷却水が前記内燃機関およびラジエータ（３）以外の他機器（６、７）にも循環する冷却水回路（５）に用いられる弁制御装置（１）であって、
    　前記冷却水回路に組み入れられて前記内燃機関への冷却水の循環流量を増減するとともに、前記他機器への冷却水の循環を開始したり停止したりする弁ユニット（１０）と、
    　前記弁ユニットの動作を制御する制御部（１１）とを備え、
    　前記弁ユニットは、
    　前記制御部により電圧印加を制御されて出力を増減する電動モータ（２０）と、
    　前記電動モータの出力により回転駆動される回転体（２４）を具備し、前記回転体の回転により、前記内燃機関への冷却水の循環流量を増減するとともに、前記他機器への冷却水の循環を開始したり停止したりする被駆動部（２１）と、
    　前記回転体の回転角を検出する検出部（２２）とを有し、
    　前記制御部は、
    　前記内燃機関の運転状態に応じて前記回転角の指令値を算出する回転角指令部（５５）と、
    　前記検出部から得られる前記回転角の検出値と前記回転角の指令値との差に基づき、前記電動モータへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比を算出するとともに、デューティ比を所定の上限値以下に規制するデューティ比算出部（５６）と、
    　前記デューティ比が、所定の期間、前記上限値を持続したか否かを判定する判定部（６０）とを有する弁制御装置。
  2. 　請求項１に記載の弁制御装置において、
    　前記制御部は、前記判定部によって、前記デューティ比が、所定の期間、前記上限値を持続したと判定したときに、前記電動モータを一時的に逆回転させる一時逆転部（６１）を有する弁制御装置。
  3. 　請求項２に記載の弁制御装置において、
    　前記内燃機関が搭載される車両には、前記内燃機関の異常を乗員に報知する報知部（６５）が装備され、
    　前記制御部は、
    　前記一時逆転部によって前記電動モータを一時的に逆回転させた後も、前記デューティ比が前記上限値を持続したか否かを判定する再判定部（６２）と、
    　前記再判定部により、前記デューティ比が前記上限値を持続したと判定したときに、前記報知部を動作させる信号を出力するアラーム指示部（６４）とを有する弁制御装置。

     
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